JP3172751B2

JP3172751B2 - 流動層燃焼方法

Info

Publication number: JP3172751B2
Application number: JP16979494A
Authority: JP
Inventors: 政信志垣
Original assignee: Takuma KK
Current assignee: Takuma KK
Priority date: 1994-07-21
Filing date: 1994-07-21
Publication date: 2001-06-04
Anticipated expiration: 2016-06-04
Also published as: JPH0835636A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、都市ごみや産業廃棄物
等のごみを流動層により流動燃焼させるようにした流動
層燃焼方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、都市ごみや産業廃棄物等のごみ
の焼却には、従前からストーカ式炉と流動層炉とが広く
利用されている。これらの炉には夫々の得失があり、優
劣の比較がよく行われている。

【０００３】例えば、流動層炉は、ストーカ炉に比較し
て次の点で優れている。廃プラスチック又はプラスチックを多量に含むごみ
はストーカ炉では焚けないが、流動層炉では問題なく焚
ける。何故なら、廃プラスチックは昇温すると溶解する
為、ストーカ炉では溶融したプラスチックが火格子の空
気孔から下方へ漏れ、下部ホッパ内で着火することがあ
る。従って、プラスチックの含有量の多いごみは、スト
ーカ炉には不向きで、プラスチックの含有量が約２０％
以下に制限される。又、プラスチックを焼却すると、揮
発成分が多くて灰分が少なくなり、火格子が炉内に露出
して灰による保護ができない。然も、高カロリーである
ので、火格子の焼損がある。これに対して、流動層炉で
はその心配はない。汚泥の専燃又は高カロリーごみとの混燃について
は、ストーカ炉で汚泥を焼却している例はあるが、この
場合、先ず専用の乾燥機で汚泥を水分が５０％以下にな
るように乾燥させ、これをストーカの乾燥領域に供給し
て乾燥させた後、燃やすようにしている。これはストー
カが表面乾燥であるので、乾燥効率が低い為である。こ
れに対して、流動層炉は、高温の砂による蓄熱作用と流
動による立体的燃焼による為、乾燥効率が極めて高く、
水分が６５％の汚泥でも直接投入して燃焼させて居り、
高カロリーごみとの混焼や油の助燃により、更に高水分
のものでも燃やすことができる。流動層炉は、ストーカ炉のように可動部分が炉内に
なく、構造がシンプルで且つ火格子のような消耗部分が
ない。流動層炉はストーカ炉に比し、灰の燃灼減量が少な
く、殆ど零である。流動層炉は、高温の砂を炉内に貯留しているので、
炉の始動や停止が短時間で行え、操作が簡単且つ容易で
ある。これに対して、ストーカ炉の場合には埋火作業が
必要で、始動のときには油による暖炉操作が必要とな
り、操作が煩雑である。ストーカ燃焼は、平面燃焼のため、燃焼率は１８０
〜２３０ｋｇ／ｍ²ｈである。これに対して、流動層燃
焼は、立体燃焼のため、燃焼率は４５０〜５００ｋｇ／
ｍ²ｈであり、従って火床面積はストーカに比し約１／
２となる。ストーカ炉の場合、溶融したアルミニウムが火格子
下に漏れ、冷却して固化し、問題を起こすことがある
が、流動層炉の場合は揮散してしまうので、このような
問題はない。

【０００４】このように、流動層炉はストーカ炉に比較
して数多くの優れた利点がある。然し乍ら、流動層炉に
も、その一方で、次のような問題点がある。流動層炉は砂を流動させる為、押し込みファンの静
風圧が大きく、所要動力が大きくなる。流動層は燃焼が激しく、短時間で完了するので、瞬
時燃焼傾向があり、図４のグラフに示すようにＣＯの発
生が突発的で、その発生量がしばしば２０００ｐｐｍを
振り切ることがあり、且つ変動も多い。その為、ダイオ
キシンの発生が多く、ごみの衛生処理上、最大の問題点
とされている。これを防止する為、ストーカ炉のように
大きな廃棄物をそのまま供給することができず、ごみ破
砕機又は破砕機能付きフィーダーでごみを連続的且つ定
量供給できるように工夫しておく必要がある。次に、急
激な燃焼を避ける為の緩慢燃焼方法の研究が必要であ
る。ストーカ焚の場合は、ストーカ上に常に約２時間分
のごみが乗って居り、空気を供給すると燃え、空気量を
控えると燃焼量が少なくなる。即ち、空気の送入量によ
り容易にごみの燃焼量を制御することができる。これに
対して、流動層では、ごみが投入されると約８秒後に燃
焼のピークができる。従って、抑制燃焼と同時にきめ細
かい連続定量供給が必要となる。流動層では燃焼が高速で進行する為、ごみを投入す
ると、一時的に空気不足の状態となり、流動層内でガス
化燃焼が起こり、上部空間のフリーボードで二次空気に
より燃える。従って、流動層内の温度よりもフリーボー
ドの温度が約１５０℃高いのが普通である。又、フリー
ボード内に強力な攪拌を行う為の二次空気ノズルが必要
である。更に、ごみの投入を感知して一次空気（流動用
空気）を抑え、二次空気を増すフィードフォワード制御
が必要である。燃焼の性格上、フライアッシュが多く、ストーカ炉
では全灰量に対して約１５％になるのに対し、流動層炉
では約６０％以上となる。このことは、集塵機等の排ガ
ス処理装置の負荷が増加し、又、法律上特別管理廃棄物
に指定されているので、灰固化、薬剤処理、酸抽出、溶
融の何れかの方法で重金属対策を行わなければならない
が、量が多い分不利である。流動層炉では、砂と不燃物を炉内から引き抜き、篩
にかけて不燃物を分離し、砂を炉に返送する装置が必要
となる。これに対して、ストーカ炉では、その必要はな
い。

【０００５】以上述べた流動層炉の問題の中でも、流動
層炉の最大の課題は、ダイオキシンの抑制である。その
手段としては、例えば下記の〜に示すような手段が
利用されている。ごみの連続定量供給一般には、ごみの供給は二軸〜四軸のスクリューコンベ
アにより行われるが、最近では、スクリュー出口に更に
回転分散機を設けて固まりの落下を防止している。又、
プッシャーによる供給では、ごみを一つのプッシャーで
押すのではなく、平面的にプッシャーを分割し、異相的
に順次駆動して、ごみのドカ落ちを防止し、更にプッシ
ャー落し口に回転式掻き落とし装置を設けている。別の
プッシャー方式では、プッシャー落し口にドラム形回転
ローラと破砕用可動ガイドを設け、ごみを破砕しなが
ら、連続定量供給を行う方法がある。ごみ供給コントローラー破砕ごみがシュートを滑降して炉に供給されるとき、こ
れをマイクロ波又は光電管で感知し、流動用空気を減量
して二次空気を増加し、更にフィーダーの速度を下げる
フィードフォワードコントローラーを設けている。ごみの緩慢燃焼一般に、流動層への空気供給方法には散気板式と散気管
式とがある。図５は散気板式を示し、傾斜炉底２２に空
気ノズル２２ａを設けている。この方式の緩慢燃焼方法
としては、先ずごみを供給する場所は流動用空気ノズル
を設けず、移動層Ｆ′とし、高温の砂の中にごみを混合
して瞬時燃焼を避けると共にごみを蒸し焼き状態とし、
ガス化により減量する。次にごみが傾斜面を移動して流
動層Ｆ″に入ると、流動用空気Ａに接触して激しく燃焼
するようにしている。図６（Ａ）〜（Ｄ）は散気管式を
示し、従来のように強い流動は行わず、全体として流動
用空気量Ａを減らし、複数本の散気管２３のうち一本の
散気管２３のみから流動用空気Ａを強く噴出させ、この
強い散気管２３を順番に位置を変えてサイクル的に散気
するようにしている。図７（Ａ）〜（Ｃ）は同じく散気
管式を示し、各散気管２３から噴出される流動用空気Ａ
に強弱をつけ、これを交互に変えるようにしている。
尚、図５乃至図７に於いて、２４は炉本体、２５はごみ
投入口、２６は風箱、２７は不燃物の排出口、２８は排
ガス出口である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、これらの抑
制燃焼方法は、何れも既存の流動燃焼を改善したもので
あり、ある程度の抑制燃焼の効果はある。ところが、図
５乃至図７に示す従来の燃焼方法では、ごみの性状や燃
焼状態が大きく変わった場合に、うまく対処仕切れない
のが実情である。何故なら、従来の燃焼方法は、散気板
から噴出される流動用空気や各散気管から噴出される流
動用空気の量が予め定められている為、制御範囲が比較
的狭くなっているからである。その為、ごみの性状や燃
焼状態が大きく変わった場合に、燃焼用空気不足による
ＣＯ及びダイオキシンの大量発生を招く虞れがあった。

【０００７】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
で、ごみの性状に応じてごみを安定且つ良好に燃焼させ
ることができるようにした流動層燃焼方法を提供するこ
とを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の流動層燃焼方法は、散気領域Ｚから流動媒
体層内に噴出させた流動用空気Ａにより該領域Ｚ上に流
動層Ｆを形成し、この流動層Ｆによりごみを流動燃焼さ
せるようにした流動層燃焼方法に於いて、散気領域Ｚ
を、ごみの投入口１１の直下位から不燃物の排出口１２
へと並列する複数の散気領域部分Ｚ ₁ ，Ｚ ₂ ，…に区画
して、各散気領域部分Ｚ ₁ ，Ｚ ₂ ，…から噴出させる流
動用空気Ａに流動層Ｆで発生した排ガスＧを混合させる
と共に、流動用空気Ａに対する排ガスＧの混合比が投入
口１１に近ずくほど大きくなるように、排ガスＧの混合
量をごみの性状及び燃焼状況により増減制御するように
したことを発明の基本構成とするものである。

【０００９】

【００１０】

【作用】本発明の燃焼方法は、散気領域から流動層へ噴
出される流動用空気に排ガスを混合し、その混合比をご
みの性状や燃焼状態に応じて変えるようにしている為、
燃え易いごみであっても、その乾燥，熱分解，燃焼が緩
慢に行なわれることになる。従って、ごみ投入により一
時的に燃焼用空気が不足するようなことがことがなく、
ＣＯ，ダイオキシンの発生が効果的に抑制される。特
に、ごみが投入される流動層部分には排ガスの混合比率
を大きくした流動用空気を供給し、その他の流動層部分
には不燃物の排出口へ行くに従って排ガスの混合比率を
順次小さくした流動用空気を供給するようにしている
為、ごみの乾燥，熱分解，燃焼がより安定且つ良好に行
なわれ、ＣＯやダイオキシンの発生をより一層効果的に
抑制することができる。

【００１１】そして、本発明の燃焼方法は、全体の流動
用空気量を変化させずにＯ₂量を変化させ、且つ排ガス
の混合比も０〜１００％の範囲で変化させることができ
る為、制御範囲を広くできると共に、制御も細かくする
ことができる。従って、従来の燃焼方法に比較して遙か
に柔軟性があり、広範囲のごみ質に対応することができ
ると共に、燃焼を緻密にコントロールすることができ、
ごみの性状に関係なくＣＯやダイオキンシンの発生を効
果的に抑制することができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図１は本発明の方法を実施するごみ処理シ
ステムの概略系統図であり、１は都市ごみや廃棄物等の
ごみを燃焼させる流動層炉、２は流動層炉１内で発生し
た高温の排ガスＧから流動用空気Ａを予熱する空気予熱
器、３は流動用空気Ａの押し込み通風機、４は二次空気
用通風機、５は排ガスＧの温度を低減する水噴射減温
塔、６は排ガスＧ中の煤塵等を捕集する集塵装置（例え
ば電気集塵機、バグフィルター等）、７は誘引通風機、
８は煙突、９は排ガス再循環用通風機である。

【００１３】前記流動層炉１は、図２に示す如く、炉本
体１０内に散気領域Ｚを形成すると共に、該散気領域Ｚ
をごみの投入口１１の直下位から不燃物の排出口１２へ
と並列する複数の散気領域部分Ｚ_1,Ｚ_2,…に区画し、各
散気領域部分Ｚ_1,Ｚ_2,…へ空気供給機構１３及び排ガス
供給機構１４により流動用空気Ａ及び排ガスＧを夫々供
給し、これらを各散気領域部分Ｚ_1,Ｚ_2,…から珪砂等の
流動媒体層内へ噴出させることによって、散気領域Ｚ上
に流動層Ｆを形成せしめるように構成されている。

【００１４】前記散気領域Ｚは、炉本体１０内に、空気
ノズル１５ａを備えた散気板１５を設けると共に、該散
気板１５の下方に複数の風箱１６ａ，１６ｂ，…を設け
ることによって形成されている。即ち、散気板１５は、
図２に示す如く、炉本体１０内に、ごみの投入口１１の
直下位から不燃物の排出口１２へと下り傾斜状になるよ
うに配置されて居り、該散気板１５上には排出口１２側
へ向けて流動用空気Ａと排ガスＧの混合流体を噴出する
多数の空気ノズル１５ａが設けられている。又、各風箱
１６ａ，１６ｂ，…は、散気板１５の下方に、該散気板
１５の傾斜方向に並列するように配置されて居り、各風
箱１６ａ，１６ｂ，…からこれに対応する空気ノズル１
５ａへ流動用空気Ａと排ガスＧの混合流体が供給される
ようになっている。本実施例では、散気板１５の下方に
四つの風箱１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄを配置し、
散気領域Ｚを四つの散気領域部分Ｚ_1,Ｚ_2,Ｚ_3,Ｚ₄に区
画している。

【００１５】前記空気供給機構１３は、図２に示す如
く、押し込み通風機３に接続した空気供給管１７に、各
風箱１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄに導いた空気管１
７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄを分岐接続すると共に、
各空気管１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄにダンパ１８
を介装して成り、各風箱１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６
ｄへ供給される流動用空気Ａの量が、投入口１１へ近づ
く程、少なくなるように制御されている。

【００１６】前記排ガス供給機構１４は、図２に示す如
く、排ガス再循環用通風機９に接続した排ガス供給管１
９に、各風箱１６ａ，１６ｂ，１６ｃに導いたガス管１
９ａ，１９ｂ，１９ｃを分岐接続すると共に、各ガス管
１９ａ，１９ｂ，１９ｃにダンパ２０を介装して成り、
各風箱１６ａ，１６ｂ，１６ｃへ供給される排ガスＧの
量が、投入口１１へ近づく程、多くなるように制御され
ている。従って、各散気領域部分Ｚ_1,Ｚ_2,…から噴出さ
れる流動用空気Ａに対する排ガスＧの混合比は、投入口
１１に近づく程、大きくなるようになっている。

【００１７】ところで、流動用空気Ａの中には２１％の
Ｏ₂が含まれて居り、又、排ガスＧ中には約１０〜１２
％のＯ₂が含まれている。今、仮に排ガスＧ中のＯ₂が
１１％とすると、これを流動用空気Ａに混合することに
より流動用空気ＡのＯ₂を１１％から２１％の間で自由
に選択することができる。本件発明者の実験・研究によ
り判明したところ、ごみの燃焼用空気中のＯ₂が１７％
以下になると、極端に燃焼が悪化し、連続燃焼維持が不
可能になる。

【００１８】そこで、本実施例に於いては、投入口１１
に最も近い風箱１６ａに対応する流動層部分Ｆ₁（第１
ゾーン）は、ごみの投入位置であり、燃焼を控えたい部
分であるので、Ｏ₂量を１６％とする。この場合、砂の
温度は高温に保たれている為にガス化燃焼が起こり、且
つ流動状態を維持している為にごみは攪拌されながら排
出口１２側へ流動して行く。又、投入口１１から二つ目
の風箱１６ｂに対応する流動層部分Ｆ₂（第２ゾーン）
は、緩慢燃焼を考慮してＯ₂量を１８％としている。更
に、投入口１１から三つ目の風箱１６ｃに対応する流動
層部分Ｆ₃（第３ゾーン）は、準緩慢燃焼を考慮してＯ
₂量を２０％としている。そして、排出口１２に最も近
い風箱１６ｄに対応する流動層部分Ｆ₄（第４ゾーン）
は、難燃物の仕上げゾーンとしてＯ₂量を２１％とし、
強燃焼を行って燃焼を完結する。この場合の流動用空気
Ａと排ガスＧの混合比率は、第１ゾーンＦ₁では流動用
空気Ａ５０％、排ガスＧ５０％、第２ゾーンＦ₂では流
動用空気Ａ７０％、排ガスＧ３０％、第３ゾーンＦ₃で
は流動用空気Ａ８９．５％、排ガスＧ１０．５％、第４
ゾーンＦ₄では流動用空気Ａ１００％、排ガスＧ０％と
なる。又、全体の流動用空気Ａ量は約７７％、排ガスＧ
量は約２３％となる。

【００１９】以上のように構成された流動層炉１にあっ
ては、投入口１１から炉本体１０内の流動層Ｆに投入さ
れたごみは、流動媒体と流動用空気Ａ及び排ガスＧから
成る混合流体により攪拌されて乾燥，燃焼され、その燃
焼物及び不燃物は不燃物の排出口１２へと排出される。

【００２０】このとき、ごみが投入される第１ゾーンＦ
₁では、排ガスＧの量が多く、Ｏ₂量が少なくなってい
るから、投入口１１から投入されたごみが燃焼容易なも
のである場合にも、急激に乾燥，熱分解，燃焼されるこ
とがなく、一部ガス化燃焼が起こり、ごみは第２ゾーン
Ｆ₂へ流動して行く。従って、熱分解ガスの多量発生が
なく、燃焼用空気が不足するような事態が回避される。
その結果、ＣＯやダイオキンシンの発生が効果的に抑制
されることになる。

【００２１】又、第２ゾーンＦ₂及び第３ゾーンＦ₃で
は、排ガスＧの量が順次少なくなり、Ｏ₂量が第１ゾー
ンＦ₁よりも多くなっているから、ごみが燃焼容易なも
のである場合にも、急激に乾燥，熱分解，燃焼されるこ
とがなく、これらが極めて緩慢に行なわれることにな
る。従って、燃焼用空気が不足するようなことがなく、
ＣＯやダイオキンシンの発生が効果的に抑制されること
になる。

【００２２】そして、第４ゾーンＦ₄では、排ガスＧが
供給されず、流動用空気Ａのみが供給されている為、強
燃焼となる。従って、ごみが難燃性であっても、これが
充分に乾燥，燃焼されることになり、排出口１２に到達
する時点では確実に完全燃焼されることになる。

【００２３】上記実施例に示した流動用空気Ａ量、排ガ
スＧ量及びＯ₂量の数値は、一例を示したものであり、
ごみの性状や燃焼状態等により自由に制御することがで
きる。本発明の燃焼方法では、全体の流動用空気Ａの量
を変化させずにＯ₂の量を変化させ、且つ排ガスＧの混
合比も０〜１００％の範囲で変化させることができる
為、制御範囲を広くできると共に、制御も細かくするこ
とができる。従って、従来の燃焼方法に比較して遙かに
柔軟性があり、広範囲のごみ質に対応することができる
と共に、燃焼を緻密にコントロールすることができ、ご
みの性状や燃焼状態に関係なくＣＯやダイオキンシンの
発生を効果的に抑制することができる。

【００２４】尚、本発明は上記実施例に限定されるもの
ではなく、本発明の基本原理を逸脱しない範囲に於いて
適宜に改良・変更することができる。即ち、上記実施例
では、散気板１５の下方に風箱１６ａ…を四つ配置して
散気領域Ｚを四つに区画したが、風箱１６ａ…の数は、
散気板１５の面積や燃焼条件等に応じて任意に設定して
おくことができる。例えば散気板１５の下方に風箱１６
ａ…を三つ又は五つ以上配置するようにしても良い。

【００２５】図３は本発明の方法を散気管式の流動層炉
１に実施した場合を示し、炉本体１０内に、複数本の散
気管２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２２ｄを並列配置して散
気領域Ｚを形成し、該散気領域Ｚを、各散気管２１ａ，
２１ｂ，２１ｃ，２２ｄから噴出される流動用空気Ａに
対する排ガスＧの混合比を変えることによって、複数の
散気領域部分に区画したものである。即ち、この実施例
では、各散気管２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２２ｄから噴
出される流動用空気Ａに対する排ガスＧの混合比が、投
入口１１に近づく程、大きくなるように、排ガスＧの混
合量を制御するようにしている。尚、図３に於いて、１
３は空気供給機構、１４は排ガス供給機構である。この
散気管式の流動層炉１も、上記実施例と同様の作用効果
を奏することができる。

【００２６】尚、本実施例では、図示していないが、流
動層炉の排ガス排出経路に排ガスＧ中のＣＯ量及びＮＯ
ｘ量を夫々検出する検出器を配置し、排ガス中のＣＯ量
及びＮＯｘ量が共に最低の値になるように、コントロー
ラーにより空気供給機構及び排ガス供給機構を夫々制御
し、流動用空気Ａと排ガスＧの混合比率を自動的に増減
制御するようにしても良い。

【００２７】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明は、散気領域から流動層に供給される流動用空気に排
ガスを混合し、その混合比をごみの性状や燃焼状態に応
じて変えるようにしている。即ち、流動用空気の全体量
を変化させずにＯ₂量を変化させている為、ごみの性状
に応じてごみを安定且つ良好に燃焼させることができ、
ＣＯやダイオキシンの発生を抑制することができる。
又、排ガスの混合比を０〜１００％の範囲で変化させる
ことができる為、制御範囲を広くできると共に、制御も
細かくすることができる。その結果、多種，多様なごみ
にも適切に対応することができる。更に、散気領域を複
数の散気領域部分に区画し、各散気領域部分から噴出さ
せる流動用空気に対する排ガスの混合比を変えるように
した場合には、燃焼を緻密にコントロールすることがで
き、上記効果をより確実に達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法を実施するごみ処理システムの概
略系統図である。

【図２】ごみ処理システムの流動層炉の要部を示す概略
断面図である。

【図３】流動層炉の他の実施例を示す概略断面図であ
る。

【図４】従来の流動層炉に於けるＣＯの発生量を示した
グラフである。

【図５】散気板を用いた従来の流動層炉の概略断面図で
ある。

【図６】散気管を用いた従来の流動層炉の燃焼方法を示
す概略説明図である。

【図７】同じく散気管を用いた従来の流動層炉の燃焼方
法を示す概略説明図である。

【符号の説明】

Ａは流動用空気、Ｆは流動層、Ｇは排ガス、Ｚは散気領
域、Ｚ_1,Ｚ_2,Ｚ_3,Ｚ₄は散気領域部分、１１はごみの投
入口、１２は不燃物の排出口。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＦ２３Ｇ 5/50 ＺＡＢＦ２３Ｇ 5/50 ＺＡＢＮ (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F23G 5/30 F23G 5/50 F23C 10/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】散気領域（Ｚ）から流動媒体層内に噴出
させた流動用空気（Ａ）により該領域（Ｚ）上に流動層
（Ｆ）を形成し、この流動層（Ｆ）によりごみを流動燃
焼させるようにした流動層燃焼方法に於いて、散気領域
（Ｚ）を、ごみの投入口（１１）の直下位から不燃物の
排出口（１２）へと並列する複数の散気領域部分
（Ｚ ₁ ），（Ｚ ₂ ），…に区画して、各散気領域部分
（Ｚ ₁ ），（Ｚ ₂ ），…から噴出させる流動用空気
（Ａ）に流動層（Ｆ）で発生した排ガス（Ｇ）を混合さ
せると共に、流動用空気（Ａ）に対する排ガス（Ｇ）の
混合比が投入口（１１）に近ずくほど大きくなるよう
に、排ガス（Ｇ）の混合量をごみの性状及び燃焼状況に
より増減制御するようにしたことを特徴とする流動層燃
焼方法。